PCS7在動(dòng)力鋰離子電池用三元前驅(qū)體項(xiàng)目中的應(yīng)用

王延春 王小燕

摘要：本文對動(dòng)力鋰離子電池用三元前驅(qū)體生產(chǎn)工藝做了簡單介紹，闡述了動(dòng)力鋰離子電池用三元前驅(qū)體項(xiàng)目中使用的西門子SIMATIC PCS7軟件，以及該項(xiàng)目中DCS系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：SIMATIC PCS7軟件;DCS;硬件設(shè)計(jì);軟件設(shè)計(jì)

1、項(xiàng)目概述

動(dòng)力鋰離子電池用三元前軀體項(xiàng)目是針對迅猛發(fā)展的新能源汽車和動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)，公司將著力發(fā)展新能源、新材料產(chǎn)業(yè)，重點(diǎn)發(fā)展鋰離子電池材料，尤其是前軀體材料，實(shí)現(xiàn)鎳鈷工業(yè)“提質(zhì)增效、轉(zhuǎn)型升級(jí)”而建設(shè)的項(xiàng)目。項(xiàng)目建設(shè)范圍主要包括溶解廠房、合成廠房、綜合罐區(qū)、成品庫、冷卻塔及循環(huán)水系統(tǒng)、換熱站、廢水處理站、綜合管網(wǎng)等。

動(dòng)力鋰離子電池用三元前軀體生產(chǎn)線以硫酸鎳溶液、硫酸鈷溶液、硫酸錳鹽為主要原料，在一定的條件下反應(yīng)制得前驅(qū)體，經(jīng)洗滌、干燥、混料等處理后得到鎳、鈷、錳三元前驅(qū)體產(chǎn)品。反應(yīng)方程式如下：

xNiSO4+yCoSO4+zMnSO4+2NaOH → NixCoyMnz（OH）2↓+ Na2SO4

漿料經(jīng)過壓濾、洗滌、干燥，干燥后的物料經(jīng)合批、篩分、除鐵后，包裝入庫。母液進(jìn)行回收處理，廢水進(jìn)入氨回收進(jìn)行處理。

2、控制系統(tǒng)簡介

PCS7過程控制系統(tǒng)是集DCS、SIS 以及遠(yuǎn)程IO為一體的新型全集成自動(dòng)化控制系統(tǒng)，其基本部件包括：HMI系統(tǒng)、自動(dòng)化系統(tǒng)、通訊網(wǎng)絡(luò)、分布式I/O以及工程工具和SIMATIC模塊化系統(tǒng)，并可通過穩(wěn)定的標(biāo)準(zhǔn)接口可由系統(tǒng)工程或OEM設(shè)備客戶化，或通過豐富的西門子自動(dòng)化與驅(qū)動(dòng)集團(tuán)產(chǎn)品進(jìn)行擴(kuò)展。SIMATIC PCS7最佳用于基于PROFIBUS技術(shù)，將分布式現(xiàn)場系統(tǒng)集成在過程控制系統(tǒng)中。它有機(jī)的集DCS和SIS為一體，實(shí)現(xiàn)了DCS， SIS， FGS共享統(tǒng)一的自動(dòng)化站軟硬件平臺(tái)、網(wǎng)絡(luò)通信、組態(tài)工程師站、監(jiān)控系統(tǒng)、實(shí)時(shí)與歷史數(shù)據(jù)庫管理、時(shí)鐘同步、資產(chǎn)管理平臺(tái)和Web 服務(wù)器/客戶機(jī)辦公監(jiān)控系統(tǒng)等，更好地滿足了石油化工過程控制的操作連續(xù)性、可靠性、穩(wěn)定性、開放性、規(guī)?；纫?。

3、系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

動(dòng)力鋰離子電池用三元前軀體項(xiàng)目工藝主要包括Ⅰ系列生產(chǎn)線、Ⅱ系列生產(chǎn)線、Ⅲ系列生產(chǎn)線、Ⅳ系列生產(chǎn)線及公輔工程，配置5套控制器（單站）。四個(gè)系列生產(chǎn)線各包括本地I/O站2套、遠(yuǎn)程I/O站+閥島14套;公輔工程主要包括遠(yuǎn)程I/O站5套、遠(yuǎn)程I/O站+閥島4套，總計(jì)遠(yuǎn)程I/O站65套。

控制系統(tǒng)采用 C/S架構(gòu)，在合成廠房設(shè)置控制室。控制室設(shè)置1臺(tái)工程師站和5臺(tái)操作員站，工程師站用于編程、修改、下裝項(xiàng)目文件。操作員站用于崗位工現(xiàn)場操作用。機(jī)柜室設(shè)置2臺(tái)數(shù)據(jù)服務(wù)器、1臺(tái)WEB服務(wù)器和交換機(jī)以及4套CPU機(jī)柜、1套電源柜、1套UPS以及1套遠(yuǎn)程I/O站。7臺(tái)工控一體機(jī)分布于現(xiàn)場各區(qū)域。系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖1所示。

4、監(jiān)控系統(tǒng)軟件開發(fā)

4.1釜內(nèi)溫度控制

釜內(nèi)溫度控制分升溫控制和降溫控制。升溫用釜內(nèi)溫度（TT1201A1）控制反應(yīng)釜A1熱水進(jìn)水切斷球閥XV1210A1，降溫用夾套溫度（TT1203A1）控制反應(yīng)釜A1循環(huán)冷水調(diào)節(jié)閥。升溫過程：選擇“升溫”按鈕，打開反應(yīng)釜A1熱水回水切斷球閥（XV1209A1），熱水進(jìn)水閥XV1210A1根據(jù)溫度設(shè)定上、下限值開、關(guān)。當(dāng)TT1201A1≦溫度設(shè)定下限值時(shí)，熱水進(jìn)水閥XV1210A1打開;當(dāng)TT1201A1≧溫度設(shè)定上限值時(shí)，XV1210A1關(guān)閉。降溫過程：選擇“降溫”按鈕，關(guān)閉XV1209A1，打開XV1208A1，冷水調(diào)節(jié)閥TV1201A1根據(jù)夾套溫度（TT1203A1）進(jìn)行PID調(diào)節(jié)。

4.2電氣設(shè)備控制

該項(xiàng)目中的電氣設(shè)備有變頻電機(jī)和工頻電機(jī)兩種。設(shè)備在遠(yuǎn)控狀態(tài)下通過HMI人機(jī)界面手動(dòng)啟?；蜃詣?dòng)連鎖啟停，在面板上監(jiān)視設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)、故障報(bào)警等信息。工頻電機(jī)采用硬接線方式接入控制系統(tǒng)。變頻電機(jī)變頻器通過Profibus-DP通訊。該項(xiàng)目中選用ABB品牌的ACS 580系列變頻器。

4.3成套設(shè)備控制

該項(xiàng)目第三方成套設(shè)備控制器大多數(shù)為S7-200 smart，其與主控制器之間通過以太網(wǎng)采用PUT/GET指令編寫通訊程序來實(shí)現(xiàn)。

建立未指定連接，選擇通訊接口，并設(shè)定對方PLC的IP地址，然后點(diǎn)擊“地址詳細(xì)信息”將伙伴的插槽改為1（建立S7連接選中要建立連接的CPU后會(huì)自動(dòng)識(shí)別CPU的插槽為3，所以無需更改，默認(rèn)即可）。連接建立完后選中建立的連接，然后下載連接到CPU中，此操作不需要停止CPU，也不會(huì)重啟CPU。

連接建立好后編寫程序，使用PUT/GET指令時(shí)，每調(diào)用一次該指令需要新建一個(gè)DB塊作為北京數(shù)據(jù)塊，不同設(shè)備使用PUT/GET指令時(shí)不能重復(fù)調(diào)用同一個(gè)DB塊，否則后面設(shè)備的數(shù)據(jù)會(huì)覆蓋前面設(shè)備的數(shù)據(jù)。

4.4 人機(jī)界面設(shè)計(jì)

應(yīng)用 PCS7軟件開發(fā)設(shè)計(jì)集中監(jiān)控人機(jī)界面。將整個(gè)工藝的生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行高度集成，設(shè)計(jì)統(tǒng)一的監(jiān)控畫面，使操作人員和管理人員實(shí)時(shí)了解生產(chǎn)現(xiàn)場的生產(chǎn)情況。反應(yīng)釜人機(jī)界面如圖2所示。 上位監(jiān)控系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn)圖形化顯示運(yùn)行參數(shù)、運(yùn)行 狀態(tài)、數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)等功能。建立全生產(chǎn)線的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫，把所有的數(shù)據(jù)集成到統(tǒng)一的數(shù)據(jù)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)集中監(jiān)控，使操作人員和管理人員及時(shí)掌握現(xiàn)場生產(chǎn)設(shè)備運(yùn)行狀況，預(yù)防設(shè)備故障，提高快速反應(yīng)能力 ;報(bào)警、操作記錄、歸檔等功能對產(chǎn)生的報(bào)警、操作信息進(jìn)行記錄跟蹤，為事故原因分析提供可靠的依據(jù)。

5、結(jié)語

PCS7控制系統(tǒng)組態(tài)在保證工藝生產(chǎn)控制要求的前提下，突出了HMI人機(jī)界設(shè)計(jì)的簡潔性、信息完整性特點(diǎn)，使操作人員更加清晰地了解生產(chǎn)過程狀況;各種設(shè)備操作的人性化設(shè)計(jì)風(fēng)格、簡潔的操作方法，有利于操作人員快速、熟練的掌握各種基本操作;各種嚴(yán)謹(jǐn)?shù)脑O(shè)備聯(lián)鎖關(guān)系，保證了工藝生產(chǎn)能夠安全、可靠運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)：

[1] 《SIMATIC 過程控制系統(tǒng) PCS 7 入門指南》，2013年 .

[2] 《S7-400與S7-200 Smart通過以太網(wǎng)進(jìn)行通訊》，2018年 .

[3] 《PCS 7高級(jí)過程庫 （V8.1）功能手冊》，2014年.

（作者單位：金川集團(tuán)股份有限公司工程管理部1?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?金川集團(tuán)信息與自動(dòng)化工程有限公司2 ）

作者簡介：王延春（ 1985- ），本科，工程師，研究方向?yàn)楣I(yè)電氣自動(dòng)化。